利用制磚方式處置城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的研究

王麗萍，李心海，周潤(rùn)華

(1.山西省忻州市污水處理廠，山西 忻州 034000；2.山西省忻州市逯華墻材有限公司，山西 忻州 034000)

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利用制磚方式處置城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的研究

王麗萍1，李心海1，周潤(rùn)華2

(1.山西省忻州市污水處理廠，山西 忻州 034000；2.山西省忻州市逯華墻材有限公司，山西 忻州 034000)

隨著城市化進(jìn)程的加快，各地城鎮(zhèn)污水處理廠紛紛上馬，城市污水處理率極大提高，與此同時(shí)，污水處理過程中產(chǎn)生的大量剩余污泥導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的“二次污染”。就污泥處置問題，通過大量的研究和廣泛的實(shí)踐，提出了一條可供污泥“減量化、資源化、再利用”的可靠途徑。

制磚方式；處置；剩余污泥；研究

引 言

截止2015年6月底，全國各城市、縣(不含其他建制鎮(zhèn))建成并運(yùn)行的污水處理廠2 149座，污水處理能力達(dá)1.32億m3/d。污水處理率的提高，大幅削減了主要污染物總量，有力地改善了水環(huán)境。但與此同時(shí)，污水處理設(shè)施運(yùn)營產(chǎn)生的大量污泥給生態(tài)環(huán)境帶來“二次污染”隱患。為此，筆者通過幾年來不懈的探索，利用城市污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥作為制磚原料，利用污泥自身的熱值燒制黏土磚，這樣不僅消除了“二次污染”隱患，更為污泥的“減量化、資源化、再利用”尋求到一條新路子。

1 城市污泥的性質(zhì)[1]

污泥是一種混合物，含水率一般都很高，而含固率很低。城市污水處理廠初沉池污泥含固率在2%～4%，而剩余污泥含固率在0.5%～0.8%。較高的含水率決定了污泥體積大，且不利于儲(chǔ)存、運(yùn)輸、處置及利用，必須進(jìn)行脫水處理，而污泥中大量微生物的存在，又導(dǎo)致其脫水難；污泥的理化性質(zhì)主要包括有機(jī)物和無機(jī)物含量、植物養(yǎng)分含量、有害物質(zhì)(重金屬)含量、熱值等。據(jù)測(cè)算，城市污水處理廠污泥熱值大約為1.0×104kJ，接近于煤矸石的熱值，這部分能量在制磚過程中可作為能量利用；污泥中還含有大量的細(xì)菌及各種寄生蟲卵和病毒，容易傳染疾病。綜上所述，污泥處置需要考慮減量化、資源化、無害化以及可行性。

2 我國污泥處理現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有的污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的不到25%，處理工藝和配套設(shè)備完善的不到10%，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前85%的污泥以填埋處理作為最終處置方式。這種方式不僅不能對(duì)污泥進(jìn)行綜合利用，產(chǎn)生一定的社會(huì)和環(huán)境問題，更因土地資源日益緊張而備受挑戰(zhàn)。

目前，城市污泥處置的探討與實(shí)踐方面主要是焚燒、填埋、土地利用、建筑材料利用。4種處置方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)：1) 焚燒。該方式適應(yīng)性較強(qiáng)、反應(yīng)時(shí)間短、占地面積小、殘?jiān)可?，可達(dá)到完全滅菌的目的，是處理最徹底的方法。但該方式工藝較復(fù)雜、一次性投資大、設(shè)備數(shù)量多且操作管理復(fù)雜、運(yùn)營費(fèi)用高。同時(shí)，焚燒過程中污泥中的重金屬會(huì)隨著煙塵的擴(kuò)散而污染空氣。2) 填埋。該方式具有處理量大、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)單、管理方便、對(duì)污泥適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但填埋要占用大量的土地，污泥中的有機(jī)物在厭氧條件下釋放惡臭氣體，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，且存在爆炸安全隱患，同時(shí)，滲濾液無序排放更為地下水安全帶來嚴(yán)重隱患。3) 土地利用。即，將處理后的污泥作為肥料或土壤改良的材料，用于園林綠化、土地改良或農(nóng)業(yè)。該方式的主要限制因素是污泥中重金屬和致病菌含量。隨著公眾對(duì)食品安全的關(guān)注度越來越高，在污泥農(nóng)用方面的限制勢(shì)必會(huì)更加嚴(yán)格。4) 建筑材料利用。作為建材綜合利用，投資小、見效快、處置徹底，尤其適用于中小城市污水處理廠的污泥處置。

3 污泥制磚工藝流程簡(jiǎn)述

3.1 制磚工藝流程

首先，將煤矸石、黏土經(jīng)裝載機(jī)由原料堆棚送入箱式給料機(jī)，定量配比后，由皮帶輸送機(jī)將2種原料送入混料器中，將原料充分混合均勻。然后，由皮帶輸送機(jī)將混合均勻的原料送入粗碎對(duì)輥機(jī)進(jìn)行二次破碎，達(dá)到原料的細(xì)度要求后送入雙軸攪拌機(jī)，加水?dāng)嚢杈鶆蚝?，由皮帶輸送機(jī)送到陳化庫。經(jīng)可逆皮帶布料機(jī)分層堆放存儲(chǔ)，使原料在陳化庫中完成“陳化”和“均化”過程，從而改善原料的物理性能，保證成品磚的質(zhì)量要求，經(jīng)過陳化后的混合料由多斗挖掘機(jī)均勻取料，由皮帶輸送機(jī)送入箱式給料機(jī)定量給料，由皮帶輸送機(jī)送入高細(xì)碎對(duì)輥機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步混合、破碎、均化，進(jìn)入第2道雙軸攪拌機(jī)擠出機(jī)中，根據(jù)原料含水情況適當(dāng)加蒸汽強(qiáng)力混合攪拌，經(jīng)皮帶輸送機(jī)送入擠出機(jī)擠出合格的泥條，再經(jīng)由全自動(dòng)切條切泥坯機(jī)切成合格磚坯，之后，再由自動(dòng)碼坯機(jī)碼至窯車，依次存入儲(chǔ)坯庫，到達(dá)儲(chǔ)坯庫頂端的窯車經(jīng)擺渡至隧道窯口，再用液壓油缸依次頂入窯室，最后，磚坯在窯內(nèi)經(jīng)過一系列熱工過程焙燒成合格的產(chǎn)品。

3.2 污泥制磚技術(shù)方案

1) 根據(jù)實(shí)際情況，我們制定了2種實(shí)施方案：

方案一：將含水量小于60%的污泥放入污泥存儲(chǔ)池，經(jīng)污泥輸送機(jī)送入混料機(jī)，與黏土混合均勻后在陳化車間堆積，進(jìn)行陳化，在供土機(jī)中煤矸石、黏土、污泥3種材料混合后，經(jīng)強(qiáng)力攪拌機(jī)攪拌，以增加黏結(jié)度，再進(jìn)制磚機(jī)、切坯機(jī)，制成磚坯。具體工藝流程見圖1。

圖1 污泥摻配制磚的具體工藝流程

方案二：將含水量小于60%的濕污泥運(yùn)到磚廠后，先送往干化車間，利用廠內(nèi)余熱進(jìn)行干化，干化后的污泥同煤矸石一起進(jìn)入粉碎車間進(jìn)行粉碎后，經(jīng)供土機(jī)送往強(qiáng)力攪拌機(jī)，攪拌均勻，干化、破碎，然后，同黏土、煤矸石攪拌均勻，制成磚坯。具體流程見圖2，污泥處置系統(tǒng)工藝流程見圖3。

圖2 污泥摻配制磚的具體工藝流程

圖3 污泥處置系統(tǒng)工藝流程

2) 方案比較

方案一，優(yōu)點(diǎn)：投資少、運(yùn)行成本較低；缺點(diǎn)：濕污泥儲(chǔ)存過程中容易散發(fā)臭味，導(dǎo)致二次污染。

方案二，優(yōu)點(diǎn)：可以充分利用磚廠余熱。污泥經(jīng)干化和破碎后，投配方便，好定量，控制簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)；缺點(diǎn)：投資和運(yùn)行成本高，需增加干化設(shè)施設(shè)備和勞動(dòng)力。

以上2種方案，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定。

4 污泥制磚的嘗試

結(jié)合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)》“有條件的地區(qū)，應(yīng)積極推廣污泥建筑材料綜合利用”、以及《山西省人民政府關(guān)于加快發(fā)展新型墻體材料的實(shí)施意見》晉政發(fā)[2007]20號(hào) “積極組織本地區(qū)實(shí)行黏土磚生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)新型墻體材料產(chǎn)品”、“忻州市、呂梁市應(yīng)著重發(fā)展黏土多孔(空心磚)，并積極發(fā)展摻加各種工業(yè)廢棄物的燒制磚”等規(guī)定，在污泥無害化處置和資源綜合利用方面，我們選擇產(chǎn)能20萬塊/d黏土磚的制磚企業(yè)，在原有設(shè)施基礎(chǔ)上添加了部分設(shè)備進(jìn)行了為期兩年的試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)，我們得出如下結(jié)論：

1) 污泥摻配量與磚的抗壓強(qiáng)度關(guān)系。抗壓強(qiáng)度是衡量燒結(jié)磚性能的重要指標(biāo)，污泥摻入量對(duì)抗壓強(qiáng)度影響很大，只要摻入量不大于10%，燒結(jié)磚抗壓指標(biāo)能達(dá)到10 MPa。污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)與燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度的關(guān)系見第132頁圖4。

圖4 污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)與燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

2) 污泥摻入量與磚的密度關(guān)系。磚的密度對(duì)建筑的設(shè)計(jì)和施工有一定的影響，密度小的磚能減輕建筑物的承重，且有利于建筑施工，控制和掌握污泥燒結(jié)磚的密度，對(duì)污泥磚的生產(chǎn)和推廣都有積極的意義。污泥摻量與燒結(jié)磚密度的關(guān)系見圖5。

圖5 污泥摻量與燒結(jié)磚密度的關(guān)系

3) 污泥摻配量與磚的保溫隔熱性能關(guān)系。燒結(jié)磚是主要的建筑墻體材料，以污泥為摻料的污泥燒結(jié)磚，能增加保溫隔熱性能，符合節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策，從圖6污泥摻量與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系可以看出，導(dǎo)熱系數(shù)隨著污泥摻量的增加而下降。

圖6 污泥摻量與燒結(jié)磚導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系

4) 污泥、普通黏土磚及摻污泥10%磚樣品重金屬檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 污泥、普通黏土磚及摻污泥10%黏土磚重金屬檢測(cè)結(jié)果 mg/kg

5 污泥制磚的可行性分析

1) 污泥制磚符合環(huán)境保護(hù)要求。污泥制磚綠色環(huán)保，可充分利用污泥的熱值，且在燒制過程中病菌經(jīng)高溫燃燒消滅，微量重金屬固化在磚內(nèi)，不流失，不產(chǎn)生環(huán)境污染，對(duì)人體無害，十分安全。

2) 符合資源綜合利用需要。將脫水后的污泥按8%～10%的比例摻配在黏土內(nèi)制磚，可以充分利用污泥中的有用成分，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。按產(chǎn)量含水率60%的污泥40 t/d計(jì)算，按照10%的比例摻入黏土制磚，一個(gè)日產(chǎn)6萬塊磚的制磚企業(yè)可將產(chǎn)生的污泥全部消納。也就是說，在消納全部污泥的同時(shí)，每年可節(jié)約黏土資源4 818 t。

3) 符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。將脫水后的污泥按10%的比例摻配在黏土內(nèi)制得的燒制磚各項(xiàng)檢驗(yàn)都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，保溫性能不減。

4) 投資少，見效快，易實(shí)施。相對(duì)于其他處理方式而言，該項(xiàng)目投資較少，只需在制磚工藝基礎(chǔ)上增加部分設(shè)施即可。

[1] 尹軍，譚學(xué)軍，廖國盤，等.我國城市污水污泥的特性與處置現(xiàn)狀[J].中國給水排水，2003(19):21-24.

Study on the treatment of excess sludge from urban sewage treatment plant by brick making process

WANG Liping1, LI Xinhai1, ZHOU Runhua2

(1.Shanxi Xinzhou Sewage Treatment Plant, Xinzhou Shanxi 034000, China;2.Shanxi Xinzhou Luhua Wall Material Co., Ltd., Xinzhou Shanxi 034000, China)

With the acceleration of urbanization, municipal treatment plants have been built from place to place, which greatly improve urban sewage treatment rate. At the same time, a large number of excess sludge is produced in this process, which leads to secondary pollution of the ecological environment. Therefore, as to the problem of sludge disposal,through extensive research and practice, this paper puts forward a reliable approach to reduce and recycle the sludge.

brick making method; disposal; excess sludge; study

2016-05-06

王麗萍，女，1972年出生，2010年畢業(yè)于中北大學(xué)，本科，工程師，從事環(huán)境污染防治、資源綜合利用方面工作。

環(huán)境保護(hù)

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.41

X703

A

1004-7050(2016)05-0130-03